Question

15．如图甲所示，是小芳同学设计的测小灯泡电功率的实验电路（灯泡额定电压U_额=2.5V）．
（1）闭合开关S后，小芳发现电流表和电压表的指针均不动，小灯泡不发光．她断开开关S，检查线路连接无误后，把电压表与A点相连的那根导线改接到B点，再 次闭合开关S时．发现电流表的指针仍不动．但电压表的指针有明显的偏转．若 电路中只有一处故障，则故障是AB两点之间存在断路．
（2）排除故障后，小灯泡发光，这时电压表的示数为2V，则应向右（填“左”或“右”）移动滑动变阻器的滑片．直到电压表的示数为2.5V时为止，此时电流表 的示数（如图乙所示）为0.3 A，则小灯泡的额定功率为0.75 W．
（3）同组的小月同学也设计了一个能测量额定电流为I₀的小灯泡额定功率的电路图 （如图丙所示），但她不能确定电流表和开关S，的位置，请你帮她完成电路的设 计并正确完成实验：（定值电阻R的阻值己知）
①请将电流表和开关S₁的符号正确填入电路中的方框内：
②先闭合开关S₁，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为I₀：
③然后断开开关S₁，闭合开关S₂（填两开关的通断情况），保持滑动变阻器滑片的位置不动，读出电流表示数为I．
④小灯泡额定功率表达式为P_额=（I-I₀）RI₀ （用符号表示）．

Answer 1

分析 （1）由图甲，电压表测灯两端电压，电流表和电压表的指针均不动．说明电路中有断路发生；改接后，电流表无示数，电压表有明显偏转，说明电压表两接柱间到电源是通路，由此判断电路故障的原因；
（2）比较电压表示数与额定电压的大小，根据分压原理确定滑片移动的方向；根据电流表小量程读数，由P=UI求灯的额定功率；
（3）因已知灯的额定电流，为使灯正常发光，所以首先应使灯与电流表串联，通过移动变阻器的滑片使电流表示数为I₀，灯正常工作；保持滑片位置不动的情况下，通过开关的转换，在电路连接关系不改变、各用电器的电压不变的情况下，使电流表测出正常发光的灯与定值电阻R并联的总电流I，因通过灯的电流保持不变，根据并联电路电流的特点，可求此时通过R的电流，根据欧姆定律可求灯正常发光时R的电压，即灯的额定电压，根据
P=U_额I₀求灯的额定功率．

解答 解：（1）由图甲，电压表测灯两端电压，电流表和电压表的指针均不动，说明电路中有断路发生；把电压表与A点相连的那根导线改接到B点，电压表有明显偏转，电压表测总电压，说明灯的左接线、电流表、电源、开关、B之间是通路．若断路只发生在灯的左接线柱、灯、A之间，则在原甲图中，电压表应有示数，与题意不符；
若断路只发生在AB之间，原甲图是断路，两表均无示数；改接后，电压表串联在电路中，因电压表内阻很大，电流表无示数，电压表有示数，与题意相符，所以故障只能发生在AB之间；
（2）电压表示数为2V，小于灯的额定电压，应增大灯的电压减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以滑片向右移动，直到电压表的示数为2.5V时为止；
图乙中电流表小量程分度值为0.02A，示数大小为0.3A，则灯的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（3）因已知灯的额定电流，为使灯正常发光，所以首先应使灯与电流表串联，通过移动变阻器的滑片使电流表示数为I₀，灯正常工作，所以，
①下面方框中应为电流表，上面的方框中为S₁，如下图所示；：

②先闭合开关S₁，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为 I₀；
③然后断开开关S₁，闭合开关S₂ （填两开关的通断情况），保持滑动变阻器滑片的位置不动，读出电流表示数为I；
④因电路的连接关系有改变，各用电器的电压没有改变，所以灯在②③操作中都正常发光，通过灯的电流保持不变，根据并联电路电流的特点，在③中通过R的电流为I_R=1-I₀=，则定值电阻R的电压为U_R=I_RR=（I-I₀）R，并联电路电压的特点，此时灯的电压也为U_额=（I-I₀）R，所以灯的额定功率P=U_额I₀=（I-I₀）RI₀．
故答案为：（1）AB；    断路；
（2）右； 0.3； 0.75；
（3）①如上图所示；
②S₁   I₀；     
③断开开关S₁，闭合开关S₂；
④（I-I₀）R I₀．

点评 本题测灯的电功率，考查故障的判断、实验操作过程、额定功率的计算及设计实验方案的能力，有一定难度．